微控制器編譯到最後，就是二進位制程式碼，在電路上就是高低電平，而暫存器，是可以用來存放這種高低電平的器件，暫存器是由具有儲存功能的觸發器組合起來構成的。一個觸發器可以儲存一位二進位制程式碼，存放上N位二進位制程式碼的暫存器，需用n個觸發器來構成。所以暫存器分解到最後，就是單個觸發器。

簡單的觸發器，是RS的，透過三極體和一些阻容器件來完成兩種高低狀態的控制了，

具體電路就不分析了，可以知道，它可以完成下邊的狀態功能

也就是R和S分別是置位和復位指令，會影響輸出Q的狀態了，這樣理論上就形成了簡單的可控輸出了，那些軟體的指令最終給到R和S端，就會直接控制了Q上的狀態。具體如下：

1、當R端無效(1)，S端有效時(0)，則Q=1,Q非=0,觸發器置1。

2、當R端有效(0)、S端無效時(1)，則Q=0,Q非=1,觸發器置0。

3、當RS端均無效時(0)，觸發器狀態保持不變。

4、當RS端均有效時(1)，觸發器狀態不確定。

所謂的二進位制程式碼，就是以上邊的高低電平體現在觸發器上，然後觸發器再經過多種組合，會變成一種暫存器的東西，暫存器裡邊，有一種叫移位暫存器的，可以在移位脈衝作用下依次逐位右移或左移，資料既可以並行輸入、並行輸出，也可以序列輸入、序列輸出，還可以並行輸入、序列輸出，序列輸入、並行輸出，所以透過晶振產生的脈衝，控制移位暫存器的狀態，就能控制高低電平的各種狀態變化了，所謂的軟體，最後就變成了這些高低電平的狀態了。

一般的計算機系統，包括CPU，記憶體，外存（硬碟），輸入輸出（顯示器，鍵盤，各種介面），電源等組成。安裝在一個主機板上。微控制器也包括這些東西，但他是整合在一個晶片中，相對容量和運算速度要小一點，但可以透過外圍晶片擴充。這些微控制器大量存在於顯示卡，網絡卡，印表機，音效卡，顯示器，鍵盤，硬碟，隨身碟中，組成微控制器系統和主機透過各種介面或匯流排交換資料，也可單獨使用，完成大量機電一體化工作。

我是一個資深的微控制器開發工程師，從事20多年的微控制器技術開發，我及我的開發團隊開發的微控制器產品有上千種之多！對微控制器的工作原理，從8位機到32位機，無論是硬體還是軟體，都瞭如指掌，致於如何回答微控制器是如何工作的？這個問題，我認為不是一句話兩句話可以講清楚的，但是我還是講兩句：1，微控制器包括運算單元CPU，程式儲存器ROM，資料儲存器RAM，資料匯流排BUS，和lO端囗；2，當微控制器開發工程師編好的程式燒錄到微控制器的程式儲存器ROM，給微控制器上電覆位後，微控制器便會一步一步執行程式儲存器ROM中的程式；3，微控制器執行ROM中的程式的過程是這樣的，首先CPU透過匯流排BUS從ROM中續取一條程式程式碼，接著CPU根據程式碼內容進行譯碼（譯碼就是弄清楚這條程式程式碼要做什麼操作或運算），接著CPU根據譯碼的結果進行相應的操作或運算，最後CPU把操作或運算的結果透過匯流排BUS送到資料儲存器RAM或IO埠，這樣微控制器就執行完程式中的一條程式；4，微控制器快速地週而復始地執行第3點的內容，這樣微控制器就是這樣執行工程師開發的程式的，也就達到程式的目的。這就是微控制器的工作原理吧。不過要真正弄清楚微控制器的工作原理，還要下功讀懂消化《微控制器原理與介面技術》那本書，並要找到實際的微控制器專案開發機會，實踐，實踐，再實踐，沒有幾年工夫，就很難真正掌握微控制器工作原理的。如朋友想進一步交流，可關注本人聯絡。謝謝！許工

微控制器正常工作需要最基本的三個條件

1. 微控制器供電電源正常

供電電源是微控制器工作的首要條件，如果電源都不正常，那微控制器肯定不能正常工作，所以我們在測試任何產品之前首要的工作就是測量晶片及產品的供電電源；出現電源不正常的情況，主要查詢以下幾點

1.1、電源供電是否正常；

1.2、晶片是否存在短路現象；

1.3、晶片的電源管腳是否虛焊或者漏焊；

1.4、晶片的電源管腳是否有開路現象；

2.微控制器復位管教不能出現復位訊號；

如果微控制器一直處於復位狀態，那麼微控制器的程式肯定執行不正常，所以在遇到微控制器不能正常工作且電源正常的情況下，就需要測量一下微控制器的復位管腳是否有復位訊號出現，不同的微控制器的復位訊號是不同的，例如51微控制器的復位訊號是高電平，AVR微控制器的復位訊號是低電平，具體的要根據晶片資料來判斷，微控制器出現復位的問題，主要查詢以下幾點：

2.1、電容選擇不合適，建議復位電路以微控制器典型電路上使用的引數為主；

2.2、電阻選擇不合適，建議復位電路以微控制器典型電路上使用的引數為主；

2.3、復位訊號的位置選取的不對；

3.晶振是否起振

引起晶振起振的原因很多，包括晶振頻率選擇、電容的選擇，如果晶振不起振主要查詢以下幾點

3.1.晶振是否與微控制器的典型應用電路上使用的晶振頻率不一致；我以前在除錯51板子時就曾遇到過將11.0592M晶振錯焊為12M晶振，而造成的微控制器一直不能正常工作的情況；

3.2.晶振旁邊的晶體負載電容是否焊接正確

晶體負載電容如果焊接錯誤，或者焊接短路都有可能造成晶振不起振，微控制器不能正常工作；

微控制器是一個微型的計算機系統，所以工作方式很像PC機，工作流程就是不斷重複“取指令-解析指令-執行指令”的過程。微控制器的程式以一條一條指令的形式存放在程式儲存器中，微控制器開始工作後，就從程式儲存器的特定位置開始取指令，然後由微控制器內部的控制器對指令進行分析，根據指令要求，進行“取數、送數、算術運算、邏輯運算、跳轉”等基本操作中的一種或幾種，這些操作都在一個規定的週期中完成，執行完了以後，到下一個儲存器單元中取指令，重複剛才的操作(當然，這些要執行的操作具體內容可能跟上一次不一樣了)，如此不斷重複，直到斷電為止。微控制器裸機執行時一般只工作在單執行緒狀態下，透過while迴圈不斷輪巡，做多工上作業系統會比較方便，如μcos，VxWorks等。

微控制器由中央處理器（CPU）、程式儲存器（Flash）、資料儲存器（SRAM）、定時器/計數器、掉電呼醒專用定時器、I/O口、高速A/D轉換、比較器、看門狗、高速非同步序列通訊埠UART、CCP/PWM/PCA、高速同步串列埠SPI、R/C時鐘及高可靠復位等模組組成，

微控制器系統內部結構圖如下：

微控制器工作原理是什麼？其實它就是類比電路、數位電路和C語言的綜合應用，採用積體電路技術構成一個微型計算機！

微控制器就是是一種積體電路晶片，採用超大規模積體電路技術，把具有資料處理能力的中央處理器、隨機儲存器、只讀儲存器和多種I/O序列口及中斷系統、定時器、計數器等功能整合在一塊矽片上組成一個微型並且很完善的計算機系統，以前在工業中使用廣範，現在開始融入生活的方方面面。

目前微控制器使用的更加廣範，智慧儀器儀表、通訊裝置、導航系統以及家用電器。例如智慧儀器儀表有智慧變送器、智慧數顯表，通訊裝置有各種的手操器家用電器有智慧電飯鍋、智慧洗衣機、智慧電視等。

微控制器是由運算器(ALU)、控制器、儲存器(ROM、RAM、EEPROM)、輸入輸出埠(I/O)等組成的一種整合晶片。

微控制器在電路系統中相當於人體的大腦。目前大部分微控制器都支援組合語言、C語言程式設計。工程師利用匯編語言或者C語言編寫的程式就相當於賦予微控制器的靈魂。

微控制器的時鐘相當於人類的心臟，為微控制器提供了時基脈搏。

微控制器的I/O口則相當於人體的神經，微控制器透過I/O口向外部發送和獲取訊號。而透過在外部新增各種感測器等外設，如光感測、溼度感測以及蜂鳴器等，就相當於給微控制器系統添加了眼、鼻、嘴等五官；透過新增電機控制等裝置就相當於添加了四肢。

微控制器的ROM等儲存器，也相當於大腦的記憶區。

微控制器除了以上必須有的功能外，通常還會有一些外設：

定時器，相當於鬧鐘，定時計數作用。

ADC，採集模擬電壓。

IIC/SPI，通訊介面，晶片間近距離通訊，相當於人與人當面聊天。

USART，非同步序列口通訊，485/232遠端通訊使用，相當於人遠距離通話。

其他外設就不一一講了。如有錯誤還請各位指正

微控制器就是多片機集於一片的機，俗稱“微處理器”。

多片指的是：處理器、儲存器、ROM（FLASH）、RAM、I/O、定時器、時鐘電路、復位電路等等。

首先， 我們想實現一些功能，用程式語言（例如c語言）來編寫實現這些功能的程式程式碼（編寫程式的軟體可以不是編譯軟體），

其次， 用編譯軟體（例如KEIL等）把程式程式碼編譯成機器程式碼（例如bin、hex等格式），

最後， 用下載器（線）透過下載介面把程式碼寫入微控制器的ROM（FLASH）（包括內部EEPROM內容）。

微控制器工作狀態：

首先需要時鐘電路提供時鐘訊號，

然後執行ROM（FLASH）中的機器程式碼，

採集輸入口的訊號，透過內部運算，控制輸出口的電平。

內部定時器，中斷，ADC等等模組都按照機器程式碼的內容工作。

以上簡單描述了簡單微控制器的簡單工作原理。如要弄清不簡單微控制器的不簡單工作原理，則需要海量的學習。

這個問題非常有代表性，我相信很多初學者都會有這個疑問：為什麼只是簡單地將對應暫存器的相應位設定一下，就可以讓微控制器做不同的動作（例如，埠輸出高低電平、定時器定時溢位等等）。今天我們就來簡單瞭解一下這方面的知識。

微控制器內部主要由數位電路組成。 所以如果我們想要了解微控制器的內部結構及工作原理，還是需要學一些數位電路方面的知識的。 這裡簡單介紹一下微控制器中常用的基礎電路。

與閘電路如下圖所示。

它是一個由二極體和電阻構成的電路， 其中A、 B為輸入端， Y為輸出端， +5V電壓經R1、 R2分壓， 在E點得到3V的電壓。

工作原理：

當A、 B兩端同時輸入低電平（0V） 時， 由於E點電壓為3V， 所以二極體VD1、 VD2都導通， E點電壓馬上下降到0.7V （低電平） ， 即當A、 B端均輸入低電平“0”時， Y端輸出低電平“0”。

當 A 端輸入低電平（0V） 、 B 端輸入高電平（5V） 時， 由於E點電壓為3V， 所以二極體VD1馬上導通， E點電壓下降到0.7V。 此時VD2正端電壓為0.7V， 負端電壓為5V，VD2處於截止狀態， 即當A端輸入低電平“0”、 B 端輸入高電平“1”時， Y端輸出低電平“0”。

當A端輸入高電平（5V） 、 B端輸入低電平（0V） 時， VD1截止， VD2導通， E點電

壓為0.7V （低電平） ， 即當A端輸入高電平“1”、 B端輸入低電平“0”時， Y端輸出低電平“0”。

當A、 B端同時輸入高電平（5V） 時， VD1、 VD2均不能導通， E點電壓為3V（高電平） ， 即當A、 B兩端都輸入高電平“1”時， Y端輸出“1”。

由此可見， 與門的特點是： 只有輸入端都輸入高電平時， 輸出端才會輸出高電平； 只要有一個輸入端輸入低電平， 輸出端就會輸出低電平。

微控制器內部有大量暫存器， 暫存器是一種能夠儲存資料的電路， 由觸發器構成。

觸發器是一種具有記憶儲存功能的電路， 由閘電路組成。 常見的觸發器包括： RS 觸發器、 D 觸發器和 JK觸發器等， 其中D觸發器最為常用。 如下圖所示。

從圖中可以看出， D觸發器的端子包括： 輸入端D、 輸出端Q、 反相輸出端 、 時鐘脈衝輸入端CLK、 置“0”端R和置“1”端S。

資料儲存過程： 當D觸發器的D端輸入資料“1”時， 資料並不能馬上被存入觸發器， 只有CLK端時鐘脈衝訊號上升沿（即低電平轉為高電平時） 到來時， “1”才能被存入觸發器， 存入後Q端輸出“1”， 端輸出“0”。 也就是說， 只有時鐘脈衝上升沿到來時， D觸發器才能將輸入端的資料儲存起來， 並從Q端輸出。

D觸發器的置“0”和置“1”： 當置“0”端R為低電平時， 觸發器被置“0”， 即Q端為“0”；當置“1”端S為低電平時， 觸發器被置“1”， 即Q端為“1”。

暫存器是微控制器內部的基本儲存單元， 由觸發器構成， 一個觸發器就是1位暫存器。下圖所示是一種由D觸發器構成的4位暫存器。

在工作時， 暫存器先讓清0線為低電平， 該低電平送到各觸發器的CLR端（實際為D觸發器的R端） ， 將各觸發器清0， Y3Y2Y1Y0=0000； 然後將資料送到各觸發器輸入端，當CLK端的時鐘脈衝上升沿到來時， 輸入端的資料就被存入到各觸發器中， 並從輸出端輸出。

鎖存器也是一種能儲存資料的電路。 其特點是當鎖存訊號沒有到來時， 輸出端的狀態隨輸入端狀態的變化而變化； 當鎖存訊號來到時， 輸入端的資料被鎖存到輸出端， 即當輸入端的訊號再變化時輸出端也不會發生變化。

以下圖為例來說明鎖存器的工作原理。

當鎖存器的控制端EN=1時， 鎖存器輸出端Y與輸入端A的狀態保持一致， 即A端資料變化時， Y端資料也變化； 當鎖存器的控制端EN由“1”變為“0”時， 輸入端此刻的資料馬上被鎖存到輸出端， 在EN=0期間， 輸出端的資料始終保持不變， 不會隨輸入端而變化； 當EN又變為“1”時， 即取消鎖存， 輸出端又會隨輸入端的變化而變化。

有了上面的知識鋪墊，現在我們就以51微控制器的P3埠為例來介紹一下埠的工作原理。

P3埠有P3.0～P3.7共8個引腳， P3埠可作為I/O介面， 還可以用於其他方面。 P3埠每個引腳的內部電路結構都相同， 其內部電路結構如下圖所示

如果要將P3埠用作I/O介面， 應讓與非門的選擇輸出功能端為“1”， 以開通與非門。當將P3埠用作輸出埠時， 給鎖存器的CL端送寫脈衝訊號， 內部匯流排送來的資料就可以透過D端進入鎖存器並從Q端輸出， 再透過與非門和場效電晶體從P3埠引腳輸出。

當將 P3 埠用作輸入埠時， 應先透過內部匯流排向鎖存器寫“1”， 讓 Q=1， 場效電晶體截止， P3埠輸入的訊號就可以透過緩衝器、 輸入三態門送到內部匯流排。

P3埠用作第二功能（又稱複用功能） 時， 實際上也是在該埠輸入或輸出訊號，只不過輸入、 輸出的是一些特殊功能的訊號。 所以當P3埠用作第二功能時， 其內部電路的工作原理與用作I/O介面時是一樣的， 在用作輸入功能時， 埠的鎖存器同樣要先置“1”。

P3埠8個引腳的第二功能詳見下表。 例如P3.2引腳用作第二功能時， 該埠可輸入由外部裝置送到的中斷請求訊號， 該訊號透過緩衝器、 輸入三態門送到內部匯流排。

P3埠除了可以接收外界的輸入訊號外， 還可以接收內部的替代輸入功能端送來的訊號， 該訊號透過輸入三態門送到內部匯流排。